張達(dá)

（石家莊常豐環(huán)境工程有限公司，石家莊050000）

1 引言

電氣自動(dòng)化過(guò)程中，最為復(fù)雜的工作是電氣化操作，它流程復(fù)雜，專業(yè)性強(qiáng)，且具有一定的危險(xiǎn)性。因此需要具有足夠?qū)I(yè)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員才能執(zhí)行，否則容易出現(xiàn)失誤，造成巨大影響與損失。智能化技術(shù)的出現(xiàn)能夠很好地解決這一問(wèn)題，智能化操作精準(zhǔn)，效率高，且代替了人工，減少了對(duì)人員生命的威脅，因此智能化電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)研究是世界范圍內(nèi)都十分重視的問(wèn)題。

2 電氣設(shè)備智能化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 大范圍實(shí)時(shí)監(jiān)控

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中設(shè)備的種類(lèi)、精密程度、數(shù)量都有了大幅度增加，這也為電力系統(tǒng)帶來(lái)了更多隱患。為了保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控是必不可少的。智能化技術(shù)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和智能檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備，采用“信息收集—信息處理—反饋—調(diào)節(jié)”的流程，對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)反饋系統(tǒng)中的反常，做出合理的處理，防止出現(xiàn)故障。通過(guò)智能化技術(shù)能夠最大限度地監(jiān)測(cè)到電力系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備，并通過(guò)收集的信息判斷設(shè)備是否需要檢修，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，也能在最短時(shí)間內(nèi)做出應(yīng)急處理，降低故障損失。

2.2 提高電氣設(shè)備效率

智能化技術(shù)應(yīng)用的一大優(yōu)勢(shì)就是高效運(yùn)行，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，控制中心的指令能夠精確、快速地傳遞到設(shè)備終端并執(zhí)行，這樣通過(guò)控制中心就能對(duì)電氣系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行管理與控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效運(yùn)行。中心控制能夠?qū)ο到y(tǒng)中大部分電氣設(shè)備進(jìn)行分析了解，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的問(wèn)題并進(jìn)行處理，減少了故障的出現(xiàn)，提高了設(shè)備的使用效率。

2.3 增強(qiáng)聯(lián)動(dòng)性能

智能化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多設(shè)備的共同控制，通過(guò)系統(tǒng)，控制人員也能對(duì)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而下達(dá)綜合性的控制指令，加強(qiáng)設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)。該能力針對(duì)安全防護(hù)、消防、照明等系統(tǒng)更能顯示優(yōu)勢(shì)，控制中心可以將以上系統(tǒng)集成為綜合控制管理系統(tǒng)，在需要時(shí)用最短的時(shí)間控制各個(gè)系統(tǒng)依次執(zhí)行命令。

2.4 提高安全性能

電氣系統(tǒng)對(duì)安全性的要求很高，一方面電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)環(huán)境的要求很高，高溫等環(huán)境變化對(duì)電氣設(shè)備的影響很大；另一方面，電氣設(shè)備本身就存在危險(xiǎn)，出現(xiàn)故障時(shí)很容易對(duì)周邊造成嚴(yán)重破壞。智能化技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)殡姎庠O(shè)備加上一道“防護(hù)墻”，也能在電氣設(shè)備周?chē)h(huán)境發(fā)生不良變化時(shí)及時(shí)做出反應(yīng)，或者直接關(guān)閉其運(yùn)行以免造成更嚴(yán)重的后果。此外，智能化技術(shù)的應(yīng)用也能監(jiān)測(cè)設(shè)備本身的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)對(duì)設(shè)備損耗、設(shè)備運(yùn)行問(wèn)題做出反應(yīng)，以免設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致設(shè)備報(bào)廢甚至引發(fā)災(zāi)難。

3 智能化電氣設(shè)備的整體構(gòu)思

3.1 集成性的支撐控制平臺(tái)

智能化電氣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含兩個(gè)部分：應(yīng)用軟件和支撐平臺(tái)。應(yīng)用軟件包括大量子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)終端命令執(zhí)行、操作、指令傳輸?shù)裙δ?。支撐平臺(tái)則包括各種數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)表與分析計(jì)算系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，在電氣設(shè)備智能化設(shè)計(jì)過(guò)程中可以將應(yīng)用軟件與支撐平臺(tái)統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，方便對(duì)電氣系統(tǒng)的整體管理。

3.2 數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

數(shù)據(jù)共享可以讓各個(gè)終端的控制人員對(duì)終端設(shè)備和相關(guān)鏈的設(shè)備進(jìn)行整體了解，方便各個(gè)設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)與相互配合。

3.3 實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)是智能化控制的基礎(chǔ)與支撐，因此其數(shù)據(jù)必須保持先進(jìn)，可以為數(shù)據(jù)庫(kù)加入定時(shí)更新指令，不僅是本系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)，其他區(qū)域電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與案例也可以拿來(lái)作為參考，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)才能為智能化控制提供更加合理、準(zhǔn)確的判斷與指令建議[1]。

3.4 實(shí)時(shí)信息通信系統(tǒng)

智能化電氣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息通信表現(xiàn)如下：第一，在終端設(shè)備上要能實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行以及周?chē)h(huán)境的信息并傳達(dá)至控制中心；第二；其他相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)也能實(shí)時(shí)共享；第三，控制中心的命令與建議必須要實(shí)時(shí)傳遞到終端，且終端必須要實(shí)時(shí)反饋。實(shí)時(shí)信息通信時(shí)保證智能化電氣設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)健、高效運(yùn)行的必要條件。

4 智能化電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)思路

4.1 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著微處理器（CPU）功能的不斷強(qiáng)大，絕大多數(shù)情況下，微處理器控制系統(tǒng)中接有多個(gè)子系統(tǒng)，即微處理器需要同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)。CPU 在處理多個(gè)任務(wù)時(shí)，需要采用合適的任務(wù)調(diào)度方式。目前，任務(wù)調(diào)度方式主要包括占先式、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、搶占式以及非占先式。占先式的調(diào)度方式在操作系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。此方式可以使芯片根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先等級(jí)調(diào)度任務(wù)，使多個(gè)任務(wù)能夠得到及時(shí)處理，從而保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

4.2 任務(wù)的劃分和設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在處理任務(wù)時(shí)需要根據(jù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度任務(wù)。同樣，在任務(wù)劃分和設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行設(shè)定。所有任務(wù)在CPU 中等待處理時(shí)，都處于等待狀態(tài)。當(dāng)被其他任務(wù)中斷等喚醒后，它將會(huì)轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)。就緒狀態(tài)是指任務(wù)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，隨時(shí)可以運(yùn)行。由于進(jìn)行了任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)，任務(wù)從就緒狀態(tài)到運(yùn)行狀態(tài)還需要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)審核，而任務(wù)將會(huì)依據(jù)優(yōu)先級(jí)的高低依次進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

4.3 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能化電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)性主要依靠系統(tǒng)采用占先式的優(yōu)先級(jí)調(diào)度方式實(shí)現(xiàn)，而傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這也是采用CPU 的嵌入式與傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。雖然優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)具有較高的優(yōu)先等級(jí)，但是優(yōu)先級(jí)只有任務(wù)需要時(shí)才會(huì)被激活。因此，操作系統(tǒng)在處理任務(wù)時(shí)優(yōu)先級(jí)任務(wù)所需要占用的時(shí)間非常少。嵌入式操作系統(tǒng)信息傳輸過(guò)程中無(wú)法對(duì)優(yōu)先級(jí)任務(wù)進(jìn)行識(shí)別，導(dǎo)致信息在操作系統(tǒng)傳輸中具有不確定性。因此，在嵌入式系統(tǒng)中將優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)設(shè)計(jì)成優(yōu)先通過(guò)，即與CPU 任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)一樣，這樣不但可以有效減少信息傳輸?shù)牟淮_定性，而且只有需要時(shí)才激活優(yōu)先級(jí)傳輸[2]。優(yōu)先級(jí)傳輸所占用的時(shí)間較少，可降低傳輸網(wǎng)絡(luò)中一些不必要的響應(yīng)。

集中在嵌入式操作系統(tǒng)中的所有子系統(tǒng)與控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換時(shí)，都采用優(yōu)先級(jí)設(shè)定時(shí)，當(dāng)擁有優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)需要進(jìn)行傳輸交換時(shí)，無(wú)論此時(shí)是否在進(jìn)行傳輸任務(wù)都會(huì)中斷，并立即激活優(yōu)先級(jí)別最高的傳輸任務(wù)，從而降低信息傳輸過(guò)程中的不確定性，有效實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

5 電氣設(shè)備智能化設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

5.1 電氣設(shè)備負(fù)荷設(shè)計(jì)

區(qū)域供電負(fù)荷既要從專業(yè)角度和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)考慮，也要考慮到負(fù)荷分配布局與降壓配變中心的位置，并通過(guò)計(jì)算找到最佳的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在具體計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)采用假想性的連續(xù)電荷，按照可靠性能與影響程度進(jìn)行分級(jí)再設(shè)計(jì)設(shè)備配置。日常工作中也應(yīng)根據(jù)工作實(shí)際情況對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行分組，計(jì)算出每組設(shè)備的用電負(fù)荷，進(jìn)行合理的配置，以期達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)[3]。此外，電氣設(shè)備配置還應(yīng)考慮到設(shè)備的運(yùn)行條件和質(zhì)量要求，運(yùn)行條件是指設(shè)備所處的環(huán)境與系統(tǒng)中的位置。質(zhì)量要求則是指系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)設(shè)備所產(chǎn)生的電壓、電流等負(fù)荷。

5.2 智能化設(shè)計(jì)

電氣設(shè)備智能化設(shè)計(jì)需要考慮電流波動(dòng)、繼電保護(hù)、二次結(jié)線設(shè)計(jì)等因素，假設(shè)短路電流可以按照無(wú)限容量供電系統(tǒng)供電進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)一步進(jìn)行改善和優(yōu)化。要想保證配電設(shè)備供電數(shù)值的可靠性，就需要通過(guò)一系列技術(shù)消除影響因素，減少故障發(fā)生。一旦故障發(fā)生，智能化系統(tǒng)能夠迅速做出處理，將損失降到最低，保障設(shè)備未損壞部分仍能繼續(xù)運(yùn)行，并對(duì)設(shè)備當(dāng)前的情況進(jìn)行報(bào)告和預(yù)警，通知工作人員及早進(jìn)行處理。智能化設(shè)計(jì)就是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、新電氣技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等相結(jié)合，在設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)做出最合適的處理，將影響降至最小。